Ein Team von Forschern aus China hat eine hochleitfähige 3D-Druck-Tinte entwickelt, die Schaltkreise in Hydrogel bauen kann und so Geräte schafft, die zur Überwachung der Herzfrequenz und zur Stimulierung der Nerven eingesetzt werden können. Dem geleeartigen Hydrogel könnten auch RFID-Chips (Radio Frequency Identification) hinzugefügt werden, wie sie in Kreditkarten und als Mikrochips bei Haustieren genutzt werden.
Das Team aus China und Singapur erklärt:
„Die gewebeähnliche Weichheit und der hohe Wassergehalt von Hydrogel-Elektronik machen sie für biomedizinische Anwendungen äußerst vielversprechend. Der Ansatz sollte daher neue Designmöglichkeiten für weiche, anpassbare 3D-Hydrogel-Elektronik für Diagnose- und Behandlungsgeräte eröffnen.“
3D-Druck von Strukturen in freier Form
Der Erstautor Hui Yue der Arbeit, die im Fachjournal Nature Electronics mit dem Titel „Three-dimensional printing of soft hydrogel electronics“ veröffentlicht wurde, sagte, dass 3D-Strukturen in freier Form in Hydrogel gedruckt werden könnten.
Unter einem Hydrogel verstehen Forscher ein Netzwerk aus hydrophilen Polymeren, das eine große Menge Wasser hält und biologischem Gewebe ähnelt. Elektronische Geräte aus Hydrogelen müssen dehnbare, leitfähige und andere funktionelle Materialien enthalten.
Die Forscher erstellten Hydrogel-Elektronik unter Verwendung von Hydrogel als Trägermatrix und einer Tinte mit dem leitfähigen Metall Silber. Es entstanden Objekte, die gedehnt, verdreht oder gestaucht werden konnten und in ihre ursprüngliche Form zurückkehrten. Das Team druckte 3D-Elektroden für die Elektrokardiographie (EKG) – die die elektrische Aktivität des Herzens aufzeichnen – und erhielten Elektroden, die eine höhere Auflösung hatten als auf dem Markt erhältliche Elektroden. Sie druckten auch eine millimetergroße Elektrode, um den Ischiasnerv bei Mäusen zu stimulieren und Bewegungen in ihren Hinterbeinen auszulösen. Herkömmliche ionenleitende Elektroden erreichen eine 10-Grad-Bewegung. Das Hydrogel-Gerät verursachte eine Bewegung in einem Winkel von 77 Grad.
Die Forscher schrieben:
„Diese Ergebnisse unterstreichen die überlegene elektrische Stimulationsfähigkeit der gedruckten Ag [Silber]-Hydrogel-Elektroden gegenüber denen, die ionisch leitfähige Materialien verwenden.“
RFID-Gerät aus Hydrogel
Um Muskeln zu sagen, dass sie sich bewegen sollen, sendet das Nervensystem elektrische Signale. Die Technologie könnte Menschen helfen, die aufgrund einer Krankheit oder eines Unfalls eine externe elektrische Stimulation ihrer Nerven benötigen. Die Forscher stellten ein RFID-Gerät aus dem Hydrogel her, das einer Dehnung standhalten und von einem kommerziellen RFID-Lesegerät erkannt werden kann. Das tragbare Gerät könnte für Haus- oder Nutztiere zur Identifizierung oder für kranke Menschen genutzt werden, bei denen ihre Krankenakten leicht lesbar sein müssen. Im nächsten Schritt wollen die Forscher die Haltbarkeit, Stabilität und Sicherheit des Hydrogels als Implantat in Tieren über einen langen Zeitraum von Monaten und Jahren testen.
Hui sagte:
„Wenn das Implantat entfernt wird, werden wir prüfen, ob es Narben oder Entzündungen verursacht. Wir hoffen zu beweisen, dass Hydrogel biokompatibler ist als andere Materialien. Wir werden weitere seiner potenziellen Anwendungen untersuchen und gleichzeitig seine Sicherheit gewährleisten.“
